專利名稱：水性涂料基料及其制備方法和含有該基料的水性涂料的制作方法
技術領域：
本發明涉及水性涂料基料及其制備方法，具體涉及使用帶雙鍵含羥基或羧基官能團單體制備的水性涂料基料。本發明還涉及還有所述基料的水性涂料。
背景技術：
隨著人們對環境保護的日益重視，常規的溶劑型涂料逐步被水性涂料所代替。水性涂料以水作溶劑，消除了施工時發生火災的可能性，降低了對大氣的污染，其僅采用少量低毒性醇醚類有機溶劑，改善了作業環境條件。一般的水性涂料有機溶劑(占涂料)在10％～15％之間，對降低污染、節省資源效果顯著。而且，水性涂料在濕表面和潮濕環境中可以直接涂覆施工，對材質表面具有很好的適應性，且涂層附著力強，涂裝工具可用水清洗，大大減少清洗溶劑的消耗。
然而現有的水性涂料適用的涂布方法有限，不能很好地滿足使用者的需要。因此，有必要提供一種新型水性涂料，其能夠使用更多種方法進行涂布，并且能夠形成高質量的涂層。
發明內容
因此，本發明的一個目的在于提供一種水性涂料基料，其具有至少一種式(I)、式(II)和式(III)所示的結構 F——R1——F 式(I)
式(II)
式(III) 其中F選自丙烯酸酯基、羥基、環氧基、異氰酸脂基和羧基；R1、R2、R3、R4、R5和R6是具有至多36個碳原子的、相同或不同的烷烴或芳烴。
本發明的另一目的在于提供一種上述水性涂料基料的制備方法，其包括以下步驟 (a)將25-40wt％的C8-C16芳烴二元酸、30-45wt％的C3-C6二元醇、2-5wt％的C3-C8多元醇、15-30wt％的C4-C10脂肪族二元酸、3-5wt％的C4-C36不飽和二元酸和0.05-0.25wt％的路易斯酸投入反應器內，并將溫度升至230℃-240℃以熔化物料并進行酯化反應，升溫速度為每小時上升10℃-20℃，控制出水量為15-20％； (b)在反應的最后兩小時內測定酸值，當酸值低于15mg KOH/g時將溫度降至180℃-190℃并加入2.5-3.5wt％的偏苯三酸酐，且在此溫度下反應，直到酸值低于20mg KOH/g，得到樹脂I； (c)將溫度降至70℃-100℃，并加入占樹脂I的15-25wt％的醇醚類化合物； (d)向步驟(c)的混合物中加入占樹脂I的4-20wt％的丙烯酸混合單體，并在70℃-100℃繼續反應2-3小時后出料，并將pH調節至7-8。
在優選的實施方式中，步驟(a)中所述的C8-C16芳烴二元酸選自鄰苯二甲酸酐、間苯二甲酸、間苯二乙酸、間苯二丙酸、對苯二丁酸和對苯二戊酸。所述的C3-C6二元醇選自丙二醇、丁二醇、新戊二醇、己二醇和戊二醇。所述的C3-C8多元醇選自丙三醇、季戊四醇、三羥甲基丙烷。所述的C4-C36不飽和酸為丁烯二酸酐或二聚豆油酸。所述的C4-C10脂肪族二元酸選自丁二酸、戊二酸、己二酸和癸二酸。步驟(c)中所述的醇醚類化合物選自丙二醇甲醚、丙二醇乙醚和二丙二醇甲醚。步驟(d)中所述的丙烯酸混合單體含有40-50wt％的苯乙烯、20-50wt％的甲基丙烯酸甲酯、3-10wt％的丙烯酸縮水甘油酯、1-4wt％的丙烯酸羥乙酯和0.5-3wt％的過氧化有機物。
在優選的實施方式中，步驟(a)中所述的路易斯酸為任何合適的路易斯酸，例如三丁基錫和/或三乙基鋁。所述過氧化有機物可以是，例如，偶氮二異丁腈(AIBN)和/或過氧化苯甲酰(B.P.O.) 本發明的又一目的在于提供一種水性涂料，其包含上述基料。
本發明提供的水性涂料能夠使用更多種方法進行涂布，例如可使用水性涂料用靜電涂裝裝置進行涂布，并且通過靜電場的作用可有效、均勻地吸附在物件表面，干燥和固化后能夠形成高致密性、高光澤度和高硬度的涂層。
具體實施例方式 一、水性涂料的基料的制備 實施例1 將表1的組分按所示含量使用以下條件混合將間苯二甲酸、新戊二醇、三羥甲基丙烷、已二酸、丁烯二酸酐以及三丁基錫投入反應鍋中，通氮升溫至230℃進行酯化反應，升溫過程控制每60分鐘上升15℃的速度，出水量控制在15％。在反應最后兩小時內每30分鐘取樣測酸值，當酸值低于15mg KOH/g時降溫至180℃并加入偏苯三酸酐反應，直至酸值低于20mg KOH/g，得到樹脂I。此時降溫至70℃并加入丙二醇乙醚。在此溫度下添加丙烯酸酯混合單體(每100g中的混合物中各組分和含量如表2所示)，并繼續保持2小時后出料，用三乙醇胺調整pH至7左右，得到所需基料。然后，根據需要，可加入適量純水并使用高速分散機將所述基料轉相為各種不同含量的水分散體，例如10％、20％、30％、40％等等。
表1 表2 實施例2 將表3的組分按所示含量使用以下條件混合將間苯二戊酸、丙二醇、季戊四醇、丁二酸、丁烯二酸酐以及三丁基錫投入反應鍋中，通氮升溫至230℃進行酯化反應，升溫過程控制每60分鐘上升20℃的速度，出水量控制在15％。在反應最后兩小時內每30分鐘取樣測酸值，當酸值低于15mg KOH/g時降溫至180℃并加入偏苯三酸酐反應，直至酸值低于20mg KOH/g，得到樹脂I。此時降溫至85℃并加入丙二醇甲醚。在此溫度下添加丙烯酸酯混合單體(每100g中的混合物中各組分和含量如表4所示)，并繼續保持2小時后出料，用三乙醇胺調整pH至8，得到所需基料。然后，根據需要，可加入適量純水并使用高速分散機將所述基料轉相為各種不同含量的水分散體，例如10％、20％、30％、40％等等。
表3 表4 實施例3 將表5的組分按所示含量使用以下條件混合將間苯二丙酸、己二醇、丙三醇、癸二酸、二聚豆油酸以及三乙基鋁投入反應鍋中，通氮升溫至240℃進行酯化反應，升溫過程控制每60分鐘上升20℃的速度，出水量控制在20％。在反應最后兩小時內每30分鐘取樣測酸值，當酸值低于15mg KOH/g時降溫至190℃并加入偏苯三酸酐反應，直至酸值低于20mg KOH/g，得到樹脂I。此時降溫至85℃并加入丙二醇甲醚。在此溫度下添加丙烯酸酯混合單體(每100g中的混合物中各組分和含量如表6所示)，并繼續保持3小時后出料，用三乙醇胺調整pH至8，得到所需基料。然后，根據需要，可加入適量純水并使用高速分散機將所述基料轉相為各種不同含量的水分散體，例如10％、20％、30％、40％等等。
表5 表6 實施例4 將表7的組分按所示含量使用以下條件混合將鄰苯二甲酸酐、丙二醇、季戊四醇、丁二酸、二聚豆油酸以及三乙基鋁投入反應鍋中，通氮升溫至235℃進行酯化反應，升溫過程控制每60分鐘上升15℃的速度，出水量控制在18％。在反應最后兩小時內每30分鐘取樣測酸值，當酸值低于15mg KOH/g時降溫至190℃并加入偏苯三酸酐反應，直至酸值低于20mg KOH/g，得到樹脂I。此時降溫至100℃并加入二丙二醇甲醚。在此溫度下添加丙烯酸酯混合單體(每100g中的混合物中各組分和含量如表8所示)，并繼續保持2.5小時后出料，用二乙醇胺調整pH至7，得到所需基料。然后，根據需要，可加入適量純水并使用高速分散機將所述基料轉相為各種不同含量的水分散體，例如10％、20％、30％、40％等等。
表7 表8 二、水性涂料的制備 實施例5 按下表9所示組分和含量配制本發明的水性涂料所述水性涂料的制備方法可根據本領域技術人員已知的任何合適的方法進行。例如，將上述實施例1-4中的任何一種基料加入適量的水轉相為40％或50％含量的水分散體，隨后將該水分散體、顏料、分散劑和部分純水一起研磨、分散至細度達≤20μm，并在攪拌狀態下加入固化劑、剩余的純水以及流平劑，配制成水性涂料。可根據成品所需的顏色加入各種顏料，例如二氧化鈦、氧化鐵系列、云母粉系列、碳黑、酞青綠系列、酞青藍系列、金屬鋁粉。所述各種助劑可選用本領域技術人員已知的任何助劑，例如固化劑可選用高甲醚三聚氰胺甲醛樹脂；分散劑可選用非離子型改性脂肪酸衍生物；流平劑可選用聚硅氧烷-聚醚共聚物；消泡劑可選用非硅類有機聚合物等等。
表9水性涂料的組分及含量 三、涂層性能驗證 分別將使用實施例1-4的基料按實施例5的方法配制出的水性涂料進行下表10所示各項實驗，結果證明使用本發明的基料制成的涂料，達到或高于國家標準，且通過水性靜電涂裝裝置進行涂布，能夠形成高致密性、高光澤度和高硬度的涂層。該涂層的部分性能指標如下 表10 雖然本發明已經參考具體的實施方式進行描述，但是本領域技術人員通過閱讀上述描述后，將可以對本發明做出顯而易見的修改和修飾，而不違背本發明的意圖和本質。本發明有意將這些修改和修飾包括在權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種水性涂料基料，其具有至少一種式(I)、式(II)和式(III)所示的結構
F——R1——F 式(I)
式(II)
式(III)
其中，F選自丙烯酸酯基、羥基、環氧基、異氰酸脂基和羧基；R1、R2、R3、R4、R5和R6是具有至多36個碳原子的、相同或不同的烷烴或芳烴。
2.一種制備權利要求1的水性涂料基料的方法，其包括以下步驟
(a)將25-40wt％的C8-C16芳烴二元酸、30-45wt％的C3-C6二元醇、2-5wt％的C3-C8多元醇、15-30wt％的C4-C10脂肪族二元酸、3-5wt％的C4-C36不飽和二元酸和0.05-0.25wt％的路易斯酸投入反應器內，并將溫度升至230℃-240℃以熔化物料并進行酯化反應，升溫速度為每小時上升10℃-20℃，控制出水量為15-20％；
(b)在反應的最后兩小時內測定酸值，當酸值低于15mg KOH/g時將溫度降至180℃-190℃并加入2.5-3.5wt％的偏苯三酸酐，且在此溫度下反應，直到酸值低于20mg KOH/g，得到樹脂I；
(c)將溫度降至70℃-100℃，并加入占樹脂I的15-25wt％的醇醚類化合物；
(d)向步驟(c)的混合物中加入占樹脂I的4-20wt％的丙烯酸酯混合單體，并在70℃-100℃繼續反應2-3小時后出料，并將pH調節至7-8。
3.根據權利要求2的方法，其特征在于，步驟(a)中所述的C8-C16芳烴二元酸選自鄰苯二甲酸酐、間苯二甲酸、間苯二乙酸、間苯二丙酸、對苯二丁酸和對苯二戊酸。
4.根據權利要求2的方法，其特征在于，步驟(a)中所述的C3-C6二元醇選自丙二醇、丁二醇、新戊二醇、己二醇和戊二醇。
5.根據權利要求2的方法，其特征在于，步驟(a)中所述的C3-C8多元醇選自丙三醇、季戊四醇、三羥甲基丙烷。
6.根據權利要求2的方法，其特征在于，步驟(a)中所述的C4-C36不飽和二元酸為丁烯二酸酐或二聚豆油酸。
7.根據權利要求2的方法，其特征在于，步驟(a)中所述的C4-C10脂肪族二元酸選自丁二酸、戊二酸、己二酸和癸二酸。
8.根據權利要求2的方法，其特征在于，步驟(c)中所述的醇醚類化合物選自丙二醇甲醚、丙二醇乙醚和二丙二醇甲醚。
9.根據權利要求2的方法，其特征在于，步驟(d)中所述的丙烯酸酯混合單體含有40-50wt％的苯乙烯、20-50wt％的甲基丙烯酸甲酯、3-10wt％的丙烯酸縮水甘油酯、1-4wt％的丙烯酸羥乙酯和0.5-3wt％的過氧化有機物。
10.一種水性涂料，其包含權利要求1所述的基料。
全文摘要
本發明提供一種水性涂料基料，其具有至少一種式(I)、式(II)和式(III)所示的結構，其中F選自丙烯酸酯基、羥基、環氧基、異氰酸脂基和羧基；R1、R2、R3、R4、R5和R6是具有至多36個碳原子的、相同或不同的烷烴或芳烴。本發明還提供這種基料的制備方法以及含有該基料的水性涂料。這種水性涂料通過靜電場的作用可有效、均勻地吸附在物件表面，干燥和固化后能夠形成高致密性、高光澤度和高硬度的涂層。
文檔編號C09D151/08GK101544728SQ20091003809
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月23日 優先權日2009年3月23日
發明者馮志文, 盧少娟 申請人:廣州勵寶精細化工有限公司